TORSION TESTING

Pengertian Uji Puntir

Uji puntir (torsion test) adalah salah satu pengujian merusak yang mengakibatkan suatu material mengalami patahan.

Uji puntir sering digunakan untuk menguji bahan-bahan getas, misalnya baja-baja untuk perkakas, dan telah digunakan sebagai  uji plintir suhu tinggi untuk menilai kemampuan tempaan suatu bahan. Uji puntir sangat bermanfaat untuk berbagai penggunaan dibidang teknik dan juga penelitian teoretis mengenai aliran plastik.

Tujuan Uji Puntir

Tujuan dilakukannya uji puntir diantaranya adalah

Menentukan sifat-sifat modulus elastisitas geser dari material

Menentukan kekuatan luluh puntir

Menentukan modulus pecah

Menetukan tegangan alir (flow stress) dari material

Spesifik Uji Puntir 

                  Peralatan uji puntir terdiri atas kepala puntir yang dilengkapi cekam untuk mencengkram benda uji dan untuk memberikan momen puntir pada benda uji serta kepala bobot yakni dengan cara mencengkram salah satu ujung benda uji dan mengukur besarnya momen ulir atau torsi. Deformasi yang terjadi dari benda uji yang bersangkutan diukur dengan peralatan pengukur ulir yang dinamkan troptometer. Penentuan dilakukan dengan menggunakan perpindahan sudut suatu titik didekat salah satu ujung benda uji dibandingkan terhadap suatu titik pada elemen memanjang yang sama pada arah yang berlawanan. Biasanya pada benda uji untuk uji tarik mempunyai penampang berbentuk lingkaran karena merupakan geometri yang paling sederhana untuk perhitungan tegangan. Karena pada daerah elastic, tegangan geser bervariasi secara linear dari harga nol pada pusat batang hingga harga maksimum pada permukaan batang, maka seringkali dibutuhkan pengujian benda uji tabung yang mempunyai dinding tebal. Hasil yang diperoleh adalah tegangan geser yang hampir seragam  disepanjang penampang lintang benda uji. Sudut Puntir adalah suatu poros dengan panjang L dikenai momen puntir T secara konstan dikeseluruhan panjang poros, maka sudut puntir (angle of twist) θ yang terbentuk pada ujung poros dapat dinyatakan dengan

Sifat Mekanis Pada Puntiran

Sifat-sifat mekanik yang didapat selama pengujian puntir adalah :

·         Modulus Elastisitas Geser

Modulus elastisitas geser adalah kemampuan material untuk mempertahankan bentuknya didaerah elastis yang disebabkan oleh tegangan geser . Perbandingan antara tegangan dan regangan geser pada daerah elastis adalah

·         Kekuatan Luluh Puntir (torsional yield strength)

Kekuatan luluh puntir adalah batas tegangan sebelum mengalami deformasi plastis yang disebabkan oleh tegangan geser. Untuk menentukannya maka perbandingan panjang bagian penampang yang menyempit terhadap diameter luar harus sekitar 8-10 kali. Selain itu pada uji puntir dapat menggunakan metode offset dengan ketentuan 0,04 rad/m untuk grafik momen puntir terhadap sudut puntir.

·         Modulus Pecah (Modulus of rupture)

Modulus pecah adalah kekuatan geser puntir maksimum, karena tegangan geser terbesar terjadi dipermukaan batang. Untuk benda silinder padat dimana

Sifat-sifat elastik pada puntiran dapat diperoleh dengan menggunakan momen puntir pada batas proporsional atau momen puntir pada suatu sudut tertentu, biasanya 0,001 rad/inchi panjang ukur, dan dilakukan perhitungan tegangan geser yang berkaitan dengan momen puntir. Untuk benda uji tabung, biasanya diperlukan pengukuran batas elastik  puntiran atau kekuatan luluh yang teliti. Karena gradient tegangan melintang melintasi diameter batang padat, maka serat-serat permukaan terhambat oleh tegangan yang lebih kecil pada serat yang didalam. Jadi peluluhan yang pertama terjadi, pada umumnya tidak mudah diamati dengan instrumen yang biasanya yang dipergunakan untuk mengukur sudut puntir. Pemakaian benda uji tabung berdinding tebal memperkecil efek-efek, karena praktis tidak terdapat gradien tegangan. Akan tetapi harus diperhatikan bahwa pengurangan tebal dinding tidaklah besar, atau terjadinya tekukan dan bukan puntiran.

Tegangan-Tegangan Puntiran Untuk Regangan Plastis Sesungguhnya

Selain kekuatan luluh puntiran, maka tegangan geser disepanjang penampang lintang batang, tidak lagi merupakan fungsi linear terhadap jarak dari sumbu. Jika kurva momen puntir terhadap sudut puntir diketahui maka tegangan geser pada daerah plastis dapat diketahui. Untuk menyederhanakan analisis, akan ditinjau suatu besaran sudut puntir persatuan panjang Ө’, dimana Ө’ = Ө/L. dengan meninjau kembali persamaan (10-5), maka besarnya regangan geser adalah

Γ = rӨ’

Persamaan (10-1), untuk momen puntir penahan pada penampang lintasan batang, dapat dinyatakan sebagai :

Hubungan antara tegangan geser dan regangan geser, dinyatakan dengan kurva tegangan regangan geser adalah :

Dengan memasukkan persamaan ini kedalam persmaan (10-9) dan dengan mengganti variable r menjadi Γ melalui hubungan yang didapat dalam persamaan (10-8) maka diperoleh :

Dimana Γ = rӨ’ adalah turunan dari persamaan (10-10) yang mana :

Tetapi, regangan geser maksimum pada serat-serat luar dari batang uji adalah τ = f(ϒ), oleh karena itu 

Jika ada kurva momen puntir – sudut puntir, maka tegangan geser dapat dihitung dengan menggunakan persamaan diatas. Gambar pada kurva melukiskan bagaimana cara-cara melakukannya. Pengujian persmaan (10-11) menunjukkan bahwa persamaan tersebut dapat dituliskan sebagai fungsi geometris pada kurva sebagai berikut :

Perlu juga diketahui dari gambar kurva bahwa pada saat harga momen puntir maksimum, dM_T/dӨ’ = 0. Oleh karena itu, kekuatan geser puntiran ultimat, atau modulus pecah, dapat dinyatakan sebagai :

JENIS-JENIS KEGAGALAN PUNTIRAN

Gambar dibawah ini, memperlihatkan keadaan pada titik dipermukaan benda yang diberi beban puntir. Tegangan geser maksimum terjadi pada dua buah layar yang saling tegak lurus terhadap sumbu memanjang y dan sejajar dengan sumbu x.

Perbedaan antara kegagalan puntiran dengan kegagalan tarikan adalah kecilnya pengurangan luas yang terlokalisir atau perpanjangan yang terjadi. Suatu logam liat menjadi rusak oleh suatu geseran pada salah satu bidang dimana tegangan geser tesebut maksimum. Pada umumnya bidang dimana patah terjadi mempunyai arah tegak lurus terhadap arah sumbu memanjang. Sedangkan logam getas menjadi rusak karena puntiran pada bidang yang tegak lurus dengan arah tegangan tarik maksimum. Karena bidang ini membagi dua sudut antara dua buah bidang tegangan geser maksimum dan membentuk sudut 45⁰ terhadap arah-arah memanjang dan melintang, maka puntiran pada logam getas menghasilkan suatu patahan berbentuk helical. Kadang-kadang patah yang terjadi pada suatu bagian benda uji, dan terjadi banyak sekali patahan-patahan halus.

Perbedaan Antara Uji Puntir dan Uji Tarik

Untuk suatu benda, uji puntir memberikan hasil pengukuran yang mendasar mengenai plastisitas suatu logam dibandingkan uji tarik. Untuk benda puntir langsung menghasilkan kurva tengangan geser-regangan geser. Jenis kurva demikian mempunyai arti yang lebih mendasar dalam hal karakteristik perilaku plastik suatu bahan dibanding kurva tegangan-regangan yang diperoleh dari uji tarik. Suatu harga regangan yang besar dapat diperoleh dari uji puntir, tanpa menimbulkan keruwetan, missal penyusutan setempat karena tarikan atau penggembungan (barreling) karena tekanan akibat gesekan pada benda uji. Selain itu pada puntiran, pengujian pada laju regangan konstan atau laju regangan tinggi dapat dilakukan lebih mudah. Pihak lain, diperlukan kerja yang cukup banyak untuk mengubah data momen puntir dan sudut puntir, menjadi kurva tegangan-regangan geser. Tanpa memakai benda uji tabung, maka terdapat gradient tegangan yang curam di sepanjang permukaan benda uji. Hal ini akan mempersulit pengukuran tegangan luluh secara teliti. Berikut akan diperbandingkan uji puntir dan uji tarik

                     

Hal-hal yang Mempengaruhi Kekuatan Material Terhadap Puntiran

1. Panjang batang, semakin panjang batang yang dikenai beban puntir maka puntiran akan semakin besar
2. Sifat-sifat material antara lain modulus geser, struktur material, dan jenis material.
3. Luas penampang batang atau material dimana gaya puntir bekerja.
4. Bentuk penampang batang yang dikenai puntiran.
5. Arah gaya puntir pada batang

Uji Puntir Panas (HOT TORSION TESTING)

Uji puntir yang dilakukan pada keadaan panas. Uji puntir ini sangat baik untuk mendapatkan data sifat aliran dan kepatahan suatu logam pada kondisi pengerjaan panas T > 0,6 T_m dan έ hingga 10³ detik^-1_. Karena mudah untuk memvariasikan dan mengotrol kecepatanputaran, maka pengujian dapat dilakukan di daerah laju regangan yang luas. Selain itu, control suhu dan laju regangan yang tepat memberikan kemungkinan untuk menirukan struktur metalurgi yang dihasilkan oleh proses-proses lintasan berulangkali (multiple pass-process), seperti pengerolan. Karena benda uji puntir tidak mengalami penyempitan pada uji Tarik, dan mengalami penggembungan pada uji tekan, sehingga pengujian dilakukan hingga regangan plastik yang besar. Terlihat pada gambar menunjukkan kurva moment puntir sudut yang diperoleh dari uji puntir

     

Kelebihan dan Kelemahan Uji Puntir daripada Uji Tarik

Kelebihan uji puntir daripada uji tarik diantarnya adalah

1.Hasil pengukuran yang diberikan mengenai plastisitas lebih mendasar.

2.Tidak terjadi kesulitan karena timbulnya necking (pada uji tarik) ataupun barreling (pada uji tekan)

3.Laju regangan yang diperoleh konstan dan besar

Kelemahan uji puntir daripada uji tarik adalah

1.Pengolahan dat menjadi kurva tegangan-regangan geser membutuhkan usaha yang tidak sedikit.

2.Jika spesimen yang digunakan adalah batang padat, maka akan timbul gradien tegangan yang cukup curam sepanjang penampang lintang spesimen   

REFERENSI 

GEORGE E. DIETER, JR. Professor,1961, Metallurgi and Metallurgical Engineering,New York,       Head of Department of Metallurgical Engineering Drexel Institute of Technologij

MF Spotts,1985,Design Of Machine Elements,Nortwetern.Prentice Hall Engle Wood Cliffs

 VJ Colangelo,1974,Analysis Of Metallurgical Failures,Canada,Interscience Publication

http://www.academia.edu/15400218/Bahan_uji_puntir_perlakuan_panas (Diakses pada hari Kamis 09 Maret 2017)